瀏覽-600MW汽輪發(fā)電機(jī)靜止可控硅自并激勵(lì)磁系統(tǒng)

1、15.2:白山電廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)白山電廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)n2000年5月15日,由東北電管局、白山電廠、葛洲壩電廠、凱立公司等單位參加,在白山電廠300MW2機(jī)組進(jìn)行了交流電壓滅磁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。n試驗(yàn)工況一（試驗(yàn)波形圖見(jiàn)下圖）：勵(lì)磁電流為200A,陽(yáng)極電壓為247V。滅磁電阻滅磁時(shí)開(kāi)關(guān)弧壓為1173V。2圖4U1:轉(zhuǎn)子電壓 U0:勵(lì)磁電壓 I1:滅磁電流 I2:勵(lì)磁電流3試驗(yàn)工況二：（試驗(yàn)波形見(jiàn)下圖）勵(lì)磁電流為932A,陽(yáng)極電壓為1000V。滅磁電阻滅磁時(shí)開(kāi)關(guān)弧壓只有200V，開(kāi)關(guān)跳開(kāi)時(shí)只聽(tīng)到輕微聲響,后檢察開(kāi)關(guān)觸頭未發(fā)現(xiàn)燒損現(xiàn)象。U1:轉(zhuǎn)子電壓 U0:勵(lì)磁電壓 I1:滅磁電流 I2:勵(lì)磁電流4 隨著交流電壓滅

2、磁理論的提出、論證，以隨著交流電壓滅磁理論的提出、論證，以及經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了交流電壓及經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了交流電壓滅磁技術(shù)理論的可行性；證明在大型同步發(fā)電滅磁技術(shù)理論的可行性；證明在大型同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)中運(yùn)用交流電壓滅磁技術(shù)，各種機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)中運(yùn)用交流電壓滅磁技術(shù)，各種工況下都可以使非線(xiàn)性滅磁電阻可靠滅磁；交工況下都可以使非線(xiàn)性滅磁電阻可靠滅磁；交流電壓滅磁解決了大型同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)流電壓滅磁解決了大型同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)滅磁的技術(shù)難題；同時(shí)利用交流電壓滅磁技術(shù)滅磁的技術(shù)難題；同時(shí)利用交流電壓滅磁技術(shù)可以降低開(kāi)關(guān)的技術(shù)要求，減少開(kāi)關(guān)的造價(jià)?？梢越档烷_(kāi)關(guān)的技術(shù)要求

3、，減少開(kāi)關(guān)的造價(jià)。 5n FUR高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置和和FSR大容量快速開(kāi)斷裝置是由安徽凱大容量快速開(kāi)斷裝置是由安徽凱立公司研制的專(zhuān)利技術(shù)，它具有斷流能立公司研制的專(zhuān)利技術(shù)，它具有斷流能力強(qiáng)，開(kāi)斷速度快等特點(diǎn)力強(qiáng)，開(kāi)斷速度快等特點(diǎn),是發(fā)電機(jī)出口是發(fā)電機(jī)出口廠用變、勵(lì)磁變分支回路等短路容量較廠用變、勵(lì)磁變分支回路等短路容量較大的場(chǎng)所的快速有效的保護(hù)裝置。大的場(chǎng)所的快速有效的保護(hù)裝置。 66.1、高壓限流熔斷器組合裝置作為勵(lì)磁系統(tǒng)的、高壓限流熔斷器組合裝置作為勵(lì)磁系統(tǒng)的短路保護(hù)，主接線(xiàn)示意圖如下：短路保護(hù)，主接線(xiàn)示意圖如下：7勵(lì)磁變或廠高變高壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)的短路電流

4、波勵(lì)磁變或廠高變高壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)的短路電流波形示意圖形示意圖8n使用使用FURFUR以后，當(dāng)出現(xiàn)勵(lì)磁變或廠高變一次側(cè)以后，當(dāng)出現(xiàn)勵(lì)磁變或廠高變一次側(cè)短路時(shí)，如上圖所示，熔斷器短路時(shí)，如上圖所示，熔斷器FUFU在在t1t1時(shí)間內(nèi)熔時(shí)間內(nèi)熔斷截流，并產(chǎn)生弧壓將電流迫入非線(xiàn)性電阻斷截流，并產(chǎn)生弧壓將電流迫入非線(xiàn)性電阻FRFR中快速衰減。此時(shí)短路電流只上升到中快速衰減。此時(shí)短路電流只上升到Ip Ip ，僅，僅為預(yù)期短路沖擊電流的為預(yù)期短路沖擊電流的1/51/51/101/10。FUFU的作用的作用是限流截流，產(chǎn)生弧壓；是限流截流，產(chǎn)生弧壓；FRFR的作用是限制弧壓，的作用是限制弧壓，吸收磁場(chǎng)能量，減輕

5、對(duì)吸收磁場(chǎng)能量，減輕對(duì)FUFU的壓力，并快速將電的壓力，并快速將電流衰減至零。流衰減至零。9 由于由于FUFU的限流性和快速性，采用了的限流性和快速性，采用了FURFUR后原系統(tǒng)后原系統(tǒng)將具有如下的優(yōu)越性：將具有如下的優(yōu)越性： 1)1)由于由于 FU FU 的快速性和限流性是由物理特性所決的快速性和限流性是由物理特性所決定，而無(wú)機(jī)械拒動(dòng)作的可能，所以可靠性高。定，而無(wú)機(jī)械拒動(dòng)作的可能，所以可靠性高。 2)2)由于由于FUFU的限流性，主機(jī)、主變及真空斷路器不的限流性，主機(jī)、主變及真空斷路器不再受峰值電流沖擊，延長(zhǎng)了使用壽命，大大提高再受峰值電流沖擊，延長(zhǎng)了使用壽命，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備在動(dòng)、熱穩(wěn)

6、定方面的安全裕度。了系統(tǒng)設(shè)備在動(dòng)、熱穩(wěn)定方面的安全裕度。 3 3）勵(lì)磁變高壓側(cè)加裝）勵(lì)磁變高壓側(cè)加裝FURFUR裝置不但在勵(lì)磁變內(nèi)部裝置不但在勵(lì)磁變內(nèi)部匝間短路、勵(lì)磁變高壓側(cè)短路時(shí)能快速有效保護(hù)。匝間短路、勵(lì)磁變高壓側(cè)短路時(shí)能快速有效保護(hù)。同時(shí)當(dāng)功率柜內(nèi)部出現(xiàn)短路、勵(lì)磁變低壓交流側(cè)同時(shí)當(dāng)功率柜內(nèi)部出現(xiàn)短路、勵(lì)磁變低壓交流側(cè)短路時(shí)也能快速有效保護(hù)。短路時(shí)也能快速有效保護(hù)。104)4)由于由于FUFU的快速性，使故障切除時(shí)間大大縮短，的快速性，使故障切除時(shí)間大大縮短，更能有效地保護(hù)主機(jī)和主變壓器。大量的研究更能有效地保護(hù)主機(jī)和主變壓器。大量的研究結(jié)果表明，只有在結(jié)果表明，只有在20ms20ms之內(nèi)

7、切除故障，才能避之內(nèi)切除故障，才能避免變壓器的損壞事故。免變壓器的損壞事故。5) FR5) FR限制了限制了FUFU的過(guò)電壓，使操作過(guò)電壓小于的過(guò)電壓，使操作過(guò)電壓小于2.52.5倍相電壓。倍相電壓。FRFR吸收了吸收了FUFU開(kāi)斷過(guò)程中主機(jī)、主變開(kāi)斷過(guò)程中主機(jī)、主變及線(xiàn)路磁場(chǎng)能量和開(kāi)斷過(guò)程中電源提供的能量。及線(xiàn)路磁場(chǎng)能量和開(kāi)斷過(guò)程中電源提供的能量。使使FUFU開(kāi)斷時(shí)的電弧能量降低至允許值以下，從開(kāi)斷時(shí)的電弧能量降低至允許值以下，從而使開(kāi)斷容量及可靠性大大提高。而使開(kāi)斷容量及可靠性大大提高。 11n高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置由安徽凱立科技高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置由安徽凱立科技股份有限公司研制

8、，額定電流能做到股份有限公司研制，額定電流能做到400A400A，開(kāi)斷電流高達(dá)開(kāi)斷電流高達(dá)160KA160KA。該裝置于。該裝置于19971997年年1111月月獲得國(guó)家專(zhuān)利證書(shū)，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變，廠用電獲得國(guó)家專(zhuān)利證書(shū)，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變，廠用電分支獲得大量應(yīng)用。分支獲得大量應(yīng)用。n諸如：諸如：葛洲壩電廠、吉林白山電廠、四川寶珠葛洲壩電廠、吉林白山電廠、四川寶珠寺電廠、貴州東風(fēng)電廠、烏江渡電廠、黃河萬(wàn)寺電廠、貴州東風(fēng)電廠、烏江渡電廠、黃河萬(wàn)家寨電廠、家寨電廠、江西萬(wàn)安電廠、江西萬(wàn)安電廠、新安江電廠新安江電廠、山西、山西神頭火電廠神頭火電廠等近等近300300多家大中型電廠。多家大中型電廠。 126

9、.2、大容量高速開(kāi)關(guān)裝置n 大容量快速開(kāi)斷裝置具有額定電流大（12KA）、斷流能力強(qiáng)（240KA），開(kāi)斷速度快（3ms以?xún)?nèi)切除故障）等特點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式來(lái)說(shuō)，大容量快速開(kāi)斷裝置在開(kāi)斷技術(shù)上是一個(gè)重大突破。 131 1傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式存在的問(wèn)題：傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式存在的問(wèn)題：（1 1） 開(kāi)斷的時(shí)間長(zhǎng)、沖擊電流大； 14n如圖一所示短路故障后，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為3040ms,斷 路器固有分閘時(shí)間為4080ms，燃弧時(shí)間要1020ms, 故障切除時(shí)間長(zhǎng)達(dá)80140ms。 n對(duì)于50HZ的電網(wǎng)，短路后510ms之內(nèi)達(dá)到?jīng)_擊電流最大值。早在斷路器開(kāi)斷之前，系統(tǒng)的設(shè)備就已經(jīng)受到了34次大

10、電流的沖擊。 15n發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，短路電流達(dá)67Ie，沖擊電流高達(dá)15-18 Ie?；痣姀S廠用變分支短路（廠用電率10）時(shí)，短路電流達(dá)110-170Ie，沖擊電流高達(dá)280450Ie，水電廠廠用變（廠用電率1）或勵(lì)磁變分支短路時(shí)，短路電流達(dá)11001700Ie，沖擊電流高達(dá)28004500Ie。n（）（）由于沖擊大，時(shí)間長(zhǎng)，使得在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就要對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、互感器、母線(xiàn)、絕緣子、金屬構(gòu)架等設(shè)備在動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性方面要考慮留用足夠的余度，這就必然要增加很多投資。n（）（）斷路器開(kāi)斷能力不足（63KA，最大80KA）發(fā)電機(jī)、廠用電分支無(wú)保護(hù)。16n 目前，在系統(tǒng)中并網(wǎng)運(yùn)行的200MW及

11、以上大型機(jī)組已經(jīng)很多，600MW及以上機(jī)組也已投產(chǎn)多年，這些大型機(jī)組發(fā)生出口短路時(shí)，電流超過(guò)80KA，廠用變或勵(lì)磁變分支短路時(shí)，電流將超過(guò)100KA，發(fā)電機(jī)出口或廠用分支無(wú)法選到合適的斷路器，人們不得不耗費(fèi)很多資金把發(fā)電機(jī)至變壓器之間設(shè)計(jì)成封閉母線(xiàn)，還有的廠用變壓器、勵(lì)磁變壓器由三個(gè)單相變壓器組成，意在盡量避免出口短路，但是當(dāng)發(fā)電機(jī)出口發(fā)生間歇性弧光接地時(shí)，非故障相避雷器動(dòng)作或絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿等等，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口相間短路的發(fā)生，后果不堪設(shè)想。17大容量快速開(kāi)斷裝置主要由橋體FS、熔斷器FU、非線(xiàn)性電阻FR及測(cè)控單元等組成，簡(jiǎn)稱(chēng)FSR 。18n測(cè)控單元定期檢測(cè)電流和電流變化率，短路時(shí)向橋體發(fā)

12、出分?jǐn)嗝?。n正常時(shí)的工作電流經(jīng)橋體流過(guò)，接到測(cè)控單元的分?jǐn)嗝詈螅瑯蝮w在0.15ms之內(nèi)斷開(kāi)，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器。經(jīng)0.5ms熔斷器熔斷，產(chǎn)生的弧壓使非線(xiàn)性電阻導(dǎo)通。n非線(xiàn)性電阻導(dǎo)通后吸收磁能，并把過(guò)電壓限制在允許的2.5倍相電壓之內(nèi)。額定電流大（可做到12KA），開(kāi)斷能力強(qiáng)（240KA），截流時(shí)間短。與傳統(tǒng)的斷路器開(kāi)斷方式相比具有以下顯著特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的斷路器開(kāi)斷方式相比具有以下顯著特點(diǎn)：n1） 速動(dòng)性提高20倍以上。短路電流在1ms以?xún)?nèi)被截流，3ms之內(nèi)衰減到零，故障被完全切除。傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式最快也要75ms，至少為FSR的25倍。 19n2）系統(tǒng)永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的沖擊電流，設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定

13、和熱穩(wěn)定的余度不必設(shè)計(jì)得過(guò)大，可節(jié)省大量資金。 截流值Ip僅為預(yù)期短路沖擊電流的1/71/6左右，系統(tǒng)承受的電動(dòng)力大大減少。所通過(guò)的I2t比斷路器開(kāi)斷方式減少了至少500倍，可達(dá)上千倍。n3）開(kāi)斷過(guò)程中無(wú)危害性過(guò)電壓；氧化鋅良好的非線(xiàn)性特性，可將開(kāi)斷過(guò)電壓限制在2.5倍的額定相電壓以?xún)?nèi)n。n4）開(kāi)斷容量可以足夠大。目前可以做到240KA，一般只需要160kA。只需要配置相應(yīng)的非線(xiàn)性電阻來(lái)吸收磁能，開(kāi)斷容量就可以做得足夠大。此外由于本裝置引入電流變化率做判據(jù)，靈敏度更高。設(shè)計(jì)上采用三個(gè)相同的獨(dú)立工作的測(cè)控部件，以“2/3表決方式”判斷故障的發(fā)生，可靠性更高。20n2 2大容量快速開(kāi)斷裝置的應(yīng)用大

14、容量快速開(kāi)斷裝置的應(yīng)用n1） 大型發(fā)電機(jī)出口、廠用變分支或勵(lì)磁變分支能得到快速有效保護(hù)。下列圖中所示裝n置為FSR，具體采用何種裝置視額定電流而定。額定電流小于500A的場(chǎng)合可使用FUR裝置。n2） 如圖六所示，發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，一般由系統(tǒng)提供的短路電流比發(fā)電機(jī)提供的短路n電流大。起始瞬間短路電流周期分量為67Ie，沖擊電流可達(dá)1518 Ie。例如300MW機(jī)組，IK=73.784.7KAIimp=198227.6KA21n如圖七所示，廠用變壓器或發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變高壓端部附近短路時(shí)，短路電流是由發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)提供。對(duì)于火電廠（廠用電率約為10），短路電流為廠用變壓器額定電流的110170倍。300M

15、W機(jī)組IK=128.7194.7KA，沖擊電流高達(dá)345.8523.2KA，是額定電流的304.9439.3倍。22n而對(duì)于廠用電率為1左右的水電廠廠用電分支或發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變分支，則短路電流為廠用變或勵(lì)磁變額定電流的11001700倍，沖擊電流達(dá)28004500倍。廠用變、勵(lì)磁變受到這樣大的短路電流的沖擊，必然會(huì)發(fā)生爆炸。只有FUR及FSR才能開(kāi)斷，采用了FUR及FSR后，實(shí)際沖擊電流卻遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期短路沖擊電流，發(fā)電機(jī)、變壓器、廠用變或勵(lì)磁變得到了快速有效的保護(hù)。 23n3 3）采用采用FSRFSR裝置裝置可大大減少了系統(tǒng)擴(kuò)建可大大減少了系統(tǒng)擴(kuò)建或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行所需的投資。或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行所需的投資。無(wú)論

16、系統(tǒng)擴(kuò)建或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，都涉及到圖八所示變壓器的并列運(yùn)行。它可以帶來(lái)如下好處:na. 提高了供電可靠性； b. 減少了正常運(yùn)行和大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降；nc. 圖八有利于根據(jù)負(fù)荷情況決定所投入的并列變壓器運(yùn)行的臺(tái)數(shù)以便實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如圖九所示，新投入的發(fā)電機(jī)與原有電網(wǎng)的并列運(yùn)行與上述情況類(lèi)似。24n對(duì)于圖八和圖九，如果用母聯(lián)斷路器并列運(yùn)n行，則會(huì)使負(fù)荷出口短路時(shí)，短路電流由IK1增n加為IK=IK1+IK2,帶來(lái)如下麻煩：na原有斷路器開(kāi)斷能力不足,需要更換,須增n加投資;nb為與母聯(lián)斷路器繼電保護(hù)配合,原有負(fù)荷 n的繼電保護(hù)須再延時(shí)0.5s; nc原有系統(tǒng)設(shè)備需要重新檢驗(yàn)動(dòng)熱穩(wěn)定性。n如在圖八

17、和圖九所示的系統(tǒng)中,用FSR取代并列運(yùn)行的聯(lián)絡(luò)斷路器,則上述麻煩都可避免,且可保留并列運(yùn)行帶來(lái)的好處。 254 4）FSRFSR裝置與電抗器并聯(lián)是最經(jīng)濟(jì)有效的裝置與電抗器并聯(lián)是最經(jīng)濟(jì)有效的限流方案。限流方案。26n有些發(fā)電廠的機(jī)端母線(xiàn)上接有容量不大的廠用電負(fù)荷或直配線(xiàn)路(如圖十、圖十一),還有些變電所接有負(fù)荷不大的供電線(xiàn)路或所用電負(fù)荷。按照系統(tǒng)的實(shí)際短路電流來(lái)選擇這些負(fù)荷斷路器,往往很不經(jīng)濟(jì),為此需要采用電抗器限制短路電流。但串入電抗器后,卻存在如下問(wèn)題：27na正常運(yùn)行時(shí)在電抗器上產(chǎn)生電壓降，而這個(gè)電壓降隨負(fù)荷變化，給調(diào)節(jié)供電電壓質(zhì)量造成困難；nb較大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電抗器上的電壓降會(huì)加劇，將

18、影響其它負(fù)荷的運(yùn)行；nc電抗器長(zhǎng)期串聯(lián)在供電系統(tǒng)中，將產(chǎn)生巨大的電能損耗；nd電抗器強(qiáng)大的漏磁場(chǎng)，將使周?chē)慕饘贅?gòu)架、鋼筋混凝土產(chǎn)生附加熱損耗和振動(dòng)，影響運(yùn)行壽命。n將將FSRFSR與電抗器并聯(lián)后，可解決上述問(wèn)與電抗器并聯(lián)后，可解決上述問(wèn)題，并保留電抗器的限制短路電流的功題，并保留電抗器的限制短路電流的功能。能。28n3 3 結(jié)論結(jié)論n（1 1） 氧化鋅非線(xiàn)性電阻與熔斷器并聯(lián)，可使開(kāi)斷能氧化鋅非線(xiàn)性電阻與熔斷器并聯(lián)，可使開(kāi)斷能力大大提高，是開(kāi)斷技術(shù)的一個(gè)重大突破。力大大提高，是開(kāi)斷技術(shù)的一個(gè)重大突破。n（2 2） 大容量快速開(kāi)斷裝置額定電流大，開(kāi)斷能力強(qiáng)，大容量快速開(kāi)斷裝置額定電流大，開(kāi)斷能力強(qiáng)，截流小，速度快，是發(fā)電機(jī)出口、廠用變、勵(lì)磁變分截流小，速度快，是發(fā)電機(jī)出口、廠用變、勵(lì)磁變分支等短路容量較大的場(chǎng)所的快速有效的保護(hù)裝置。對(duì)支等短路容量較大的場(chǎng)所的快速有效的保護(hù)裝置。對(duì)于短路容量不同的場(chǎng)所，應(yīng)用于短路容量不同的場(chǎng)所，應(yīng)用FURFUR和和FSRFSR后，可使系后，可使系統(tǒng)免受沖擊，對(duì)設(shè)